颗粒检测装置及用于该颗粒检测装置的颗粒检测方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种结构非常简单并能够以高灵敏度探测灰尘、花粉、烟尘颗粒的颗粒检测装置和用于该颗粒检测装置的检测方法。颗粒检测装置（１０）具有光源（２０）和检测从该光源（２０）发出的光的检测装置（３０），并检测位于光的通过位置的空气中所悬浮的颗粒。装置（１０）还包括气流产生控制装置（１５），其能够将位于光的通过位置的空气的气流控制为固定或基本为零，检测装置（３０）的光检测器（３１）使用图像传感器。从而根据通过图像传感器而确认的图像信息来识别规定的颗粒，该图像信息中包括移动物的移动速度和尺寸形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于检测悬浮在空气中的灰尘、花粉、烟尘等微粒的颗粒检测装置以及用于该颗粒检测装置的检测方法。
技术介绍
近年来随着花粉症及其它过敏性患者的增多，对室内环境的关注度也在不断提高。因此，要求空气净化器或空调等产品能够高灵敏度地探测使用这些产品的环境中所存在的灰尘、花粉、香烟的烟尘等微粒。在许多建筑物中安装了空调设备以将室内环境保持在一定水平以上。为了维持规定的室内环境，对于这样的设备，制定了将悬浮粉尘量维持在一定标准以下的法令等规章制度。另一方面，近年来，从节省能源的角度出发，希望能够有效运行空调设备。因此，强烈需求能够高精度地测量悬浮粉尘量的测量手段。以往已知有用于探测悬浮在室内的灰尘、花粉、烟尘等微粒的各种传感装置以及探测方法。作为一个示例，已知有这样的装置，该装置具有吸入功能，从而从外部吸入想要测定的气体，然后从内部的LED向要测定的气体照射光，并通过检测因悬浮在该空间的颗粒而引起的散射光来判断颗粒的有无(专利文献1日本专利申请公开公报特开2000-356583号)。另外还已知有不测定散射光，而是根据透过光的偏振态变化来检测颗粒的装置(专利文献2日本专利申请公开公报特开2001-83079号)。根据该装置，为了分开检测灰尘和烟尘而将光照射为脉冲状。由于烟尘是非常细小的颗粒(颗粒直径0.01微米～几微米)，因此在空气中滞留的时间长。而灰尘和花粉颗粒形状大并且较重，因而，虽然在空气中漂浮，但下落速度快。因此，如果以脉冲状来照射光，则当有烟尘进入时，传感器的输出变化缓慢，而当有灰尘进入时，与有烟尘进入发时候相比，传感器的输出就会急剧变化，由此可识别灰尘和烟尘。总之是根据时间的变化信息来识别灰尘和烟尘。另外，在用于探测花粉的传感器装置中，还已知有为了识别花粉和其它的微粒而使用激光的装置(专利文献3日本专利申请公开公报特开2004-125602号)。该装置使用激光和两个光检测器。首先向要测定的气体照射激光，对于所照射的激光检测偏振光的垂直分量和水平分量二者的散射光，并根据其输出来识别是花粉还是其它。根据散射光的不同偏振态来识别花粉和其它微粒。以往，还有能够以一定的灵敏度检测特定尺寸的微粒的已实用化的装置。但其性能不够理想，从而希望对此作进一步的改进。例如，已有的微粒传感器在检测中使用光敏二极管或光敏晶体管，并利用因灰尘、花粉、烟尘等微粒而发生的光的散射或被遮挡的效果来检测所述微粒的有无。在所述装置中，传感器的输出值仅依赖于微粒的大小以及该微粒的反射率(在散射的情况下)。因此，在20微米～50微米的微粒中很难区分灰尘和花粉。虽有上述利用偏振光的方法，但即使使用该方法也不够理想。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于，提供一种与以往的装置和方法相比构成非常简单，并能够高灵敏度地探测灰尘、花粉、烟尘的微粒检测装置以及用于该微粒检测装置的检测方法。另外，本专利技术的另一目的在于，提供一种可通过分析检测出的数据来分别单独输出灰尘、花粉、烟尘的悬浮量的装置和方法。在本专利技术的颗粒检测装置中，特别地将图像传感器用作用于检测光的单元。典型的图像传感器为CMOS图像传感器，但也可以使用CCD图像传感器等。在本专利技术中，通过使用将光检测元件配置成二维或一维的图像传感器，能够高灵敏度地观测微粒。在本专利技术中，通过利用颗粒的性质来有效识别颗粒。各种颗粒的性质如下所述。(a)烟尘颗粒大小在微米级以下，并在气体中均匀分布；(b)花粉大小在20微米～50微米，较重，可被单个吸入；(c)灰尘大小在100微米以下，较轻，可被单个吸入。因此，本专利技术的装置具有能够使作为测定对象的空气产生气流的单元。气流沿着与重力方向相反的方向(例如朝上)或者顺着重力方向(例如朝下)而产生。颗粒的识别按下述的规则进行。(A)烟尘颗粒的识别烟尘颗粒比较小，若烟尘被吸入装置中，将在空间中均匀扩散。因此，在使用图像传感器的测定中，当吸入空气时，作为摄影对象的整个范围内的图像信息会发生变化。并且，可在图像传感器的输出中检测到空间标准偏差比灰尘、花粉的场合小很多。在该过程中，将被判断为不是烟尘的微粒判断为灰尘或花粉。(B)灰尘和花粉的识别(B-1)以某一阈值对图像传感器的输出进行二值化，求出散射或遮挡的颗粒。当其大小在20微米以下或50微米以上时，判断为灰尘。(B-2)当判断出微粒大小在20微米以上且50微米以下时，计算悬浮颗粒的移动速度，并在该移动速度在某一固定值以上时，判断为灰尘，除此之外判断为花粉。当气流不是上升气流，微粒从上向下流动时，将移动速度快的微粒判断为花粉，将慢的微粒判断为灰尘。通过将从图像传感器得到的输出在时间轴上进行映射(相关)来计算悬浮颗粒的移动速度。即，根据本专利技术，提供一种颗粒检测装置，其具有光源和检测从该光源发出的光的光检测器，并检测位于光的通过位置的空气中所悬浮的颗粒，其特征在于，具有气流产生控制装置，该气流产生控制装置能够将位于光的通过位置的空气气流控制为固定或基本为零，在光检测器中使用图像传感器，从而根据通过图像传感器而确定的图像信息来识别规定的颗粒，该图像信息中包含移动物的移动速度和尺寸形状。可将光源和图像传感器配置成图像传感器直接接收从光源发出的光，并使由气流产生控制装置产生的气流的流动与光交差地流动。在其它的情况下，光源和图像传感器可以隔着由气流产生控制装置产生的气流并朝着倾斜方向而配置，或者也可以朝着倾斜方向而配置在气流的同一侧，图像传感器接收由从光源发出的光在气流内产生的散射光或反射光。可以根据空气的气流固定时的移动物的移动速度来确定移动物的重量。典型地，光源可以由半导体发光元件构成。另外，根据本专利技术，提供一种颗粒检测方法，其特征在于包括在有颗粒悬浮的空气中产生气流的步骤；向气流的产生位置照射光的步骤；检测通过气流的光，或者因气流内的颗粒而散射的光的步骤；以及根据通过检测的光而确认的图像信息来识别规定的颗粒的步骤，该图像信息中包含移动物的移动速度和尺寸形状。另外，该方法还可以包括根据空气的气流固定时的移动物的移动速度来确定移动物的相对重量的步骤。典型地，照射光是由半导体发光元件提供的具有较强方向性的光。另外，如果作为测定对象的颗粒的尺寸、浓度满足规定的条件，则也可以利用自然状态下的颗粒的扩散，而不是主动产生气流。专利技术效果根据本专利技术，可实现结构比较简单，并能够以高灵敏度探测灰尘、花粉、烟尘颗粒的微粒检测装置及方法。特别是，根据本专利技术的装置和方法能够分别输出悬浮于空气中的灰尘、花粉、烟尘颗粒的量，因此，可将所述输出有效地利用于空调设备等其它装置的控制中，或者作为分析环境的参数来使用。附图说明图1是示出作为本专利技术第一实施方式的颗粒检测装置的结构的概要图；图2是示出发光元件的动作定时和图像传感器的曝光的动作定时的时序图；图3的(a)和(b)是将颗粒图像的二值化图式化了的图像信息的示意图；图4的(a)和(b)是二值化的图像信号的时间变化示意图；图5的(a)和(b)是光检测器的变形例的示意图，分别示出了在不同时间中的颗粒检测，在各个图中，在左侧示出了光检测器和颗粒的位置关系，在右侧示出了输出值；图6是示出作为本专利技术第二实施方式的颗粒检测装置的结构的概要图。具体实施例方式下面参考附图来详细说明作为本专利技术优选实施方式的颗粒检测装置和颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种颗粒检测装置，具有光源和检测从所述光源发出的光的光检测器，并检测位于所述光的通过位置的空气中所悬浮的颗粒，其特征在于，　　　　具有气流产生控制装置，该气流产生控制装置能够将位于所述光的所述通过位置的空气气流控制为固定或基本为零，所述光检测器使用图像传感器，从而根据通过该图像传感器而确认的图像信息来识别规定的颗粒，所述图像信息中包含移动物的移动速度和尺寸形状。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：板垣信孝，
申请(专利权)人：安华高科技ECBUIP新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]